CN102331895B

CN102331895B - 一种防静电单片式电容触摸屏

Info

Publication number: CN102331895B
Application number: CN 201110332668
Authority: CN
Inventors: 沈奕; 吴永俊; 林钢; 吕岳敏; 孙楹煌; 杨烨; 许为隆
Original assignee: SHANTOU GOWORLD DISPLAY (PLANT II) CO Ltd
Current assignee: SHANTOU GOWORLD DISPLAY (PLANT II) CO Ltd
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2031-10-27
Also published as: CN102331895A

Abstract

本发明涉及一种防静电单片式电容触摸屏，包括一基板，以及设置在基板背面的遮掩层、周边连线、外接端、感测电极及其延长部，遮掩层的边缘具有一边缘斜坡，延长部跨过遮掩层的边缘斜坡，并在周边区域上与周边连线的端部重叠而构成电连接，延长部包括处于感测区域的延长部前段、处于遮掩层上的延长部后段和处于边缘斜坡上的延长部斜坡段，其特征是：所述延长部斜坡段的宽度大于1.15mm。将延长部斜坡段的宽度设计为大于1.151mm，当整个线路出现静电导致的瞬间大电流时，流过延长部斜坡段的电流密度降低，从而减少了延长部斜坡段的发热量，并且将热量分摊在较宽的面积上，从而降低了延长部斜坡段受到烧毁形成断路的可能性，提高了这种单片式电容触摸屏的可靠性。

Description

一种防静电单片式电容触摸屏

技术领域

本发明涉及一种触摸屏，尤其涉及一种防静电单片式电容触摸屏。

背景技术

近年来，随着信息技术、无线行动通讯和信息家电的快速发展与应用，人们对电子产品的依赖性与日俱增。为了达到更轻薄以及更人性化的目的，许多电子产品已由传统的键盘或鼠标作为输入装置，转变为使用设置在显示屏前的触摸屏作为输入装置。现有的触摸屏大致可分为电容式、电阻式、感光式等类型。其中，电容触摸屏除了具有透过率高、触摸不费力、可以多点触摸之外，还可以设计为单片式的，单片式电容触摸屏将其各种电路设置在单片基板的背面，因此具有更低的厚度，符合电子产品更加轻薄的发展要求。

如图1所示，电容触摸屏一般包含感测区域01和周边区域02。感测区域01设置有多个由透明导电膜制作而成的感测电极03，多个感测电极03相互之间电性不连接，当使用者以手指接触触摸屏时，手指接触点处感测电极03的电容发生变化，通过电路检测，就可以判断触摸的发生以及接触点的坐标。周边区域02设置有多个低电阻的周边连线04，用于将感测电极03连接到同样设置在周边区域02的外接端05上，其一般采用金属膜制作而成。为了使感测电极03与周边连线04相连接，一般还为每个感测电极03设置一透明导电的延长部06，延长部06将每个感测电极03从感测区域01连接到周边区域02，与周边连线04的一端重叠形成电连接；感测电极03与延长部06一般都是通过沉积一层透明导电膜(一般采用溅射工艺)，并采用图形化工艺形成的。

如图2所示，周边区域02还设置有遮掩层07，用以对周边连线04进行遮掩，使触摸屏更加美观。遮掩层07一般采用不透光的油墨、树脂等有机材料制作而成，为了保证其遮光效果，需要将遮掩层07制作得较厚(0.5-10μm)，因此遮掩层07的边缘自然形成一定坡度的边缘斜坡08。

如图3所示，传统的电容触摸屏，一般将遮掩层07设置在一片基板09上，而将感测电极03、延长部06、周边连线04、外接端05等电路设置在另一片基板091上，因此，感测电极03的延长部06从感测区域01连接到周边区域02，不需要跨过绝缘层07的边缘斜坡08。而对于单片式电容触摸屏来说，如图4所示，上述遮掩层07、感测电极03、延长部06、周边连线04、外接端05都设置在同一片单片基板09的背面，其中，遮掩层07贴附在基板09的内侧面(即是设置在最靠近基板09的内层)。因此，感测电极03的延长部06从感测区域01连接到周边区域02，需要跨过遮掩层07的边缘斜坡08。边缘斜坡08将延长部06分为处于感测区域01的延长部前段010、处于边缘斜坡08上的延长部斜坡段011、以及处于遮掩层07上的延长部后段012。

延长部06通常为透明导电膜形成的ITO连线，按照液晶显示器、触摸屏制作行业的设计经验，为了保证在平坦区域的ITO连线(延长部前段010和延长部后段012)不会受到静电的破坏，一般需要将这些连线设计为大于10μm，而往往忽略了延长部斜坡段011的设计。但是，由于边缘斜坡08存在一定的坡度，在沉积透明导电膜时，会造成溅射沉积工艺上的“阴影效应”，使得沉积其上的透明导电膜厚度较薄，所以，在延长部斜坡段011也比较薄，例如，当边缘斜坡08的坡度角为θ时，沉积在其上的透明导电膜的厚度，一般只有平坦区域的cosθ倍；另外，遮掩层一般为有机材料制作而成，在制作完透明导电膜之后，依然需要经历多次的浸泡、烘烤过程，这些过程都会使遮掩层发生膨胀、收缩等变化，并对边缘产生很大影响，使得边缘斜坡08之上的透明导电膜出现一定的微裂缝；因此，在边缘斜坡08位置，透明导电膜的电阻率往往偏大，当其最终形成延长部斜坡段011时，延长部斜坡段011往往集中了整个线路中份额较大的电阻。

当电容触摸屏内部出现静电时，静电非常容易被感测电极03所收集，并通过与感测电极03连接的延长部06和外接连线在瞬间释放，造成了整个线路出现极大的电流，由于延长部斜坡段011集中了整个延长部06中份额较大的电阻，因此发热比较大，容易被烧毁形成断路，导致整个触摸屏的报废，因而，这种单片式电容触摸屏的防静电能力比较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种防静电单片式电容触摸屏，这种防静电单片式电容触摸屏能够减弱静电对电容触摸屏的影响，提高电容触摸屏的可靠性。采用的技术方案如下：

一种防静电单片式电容触摸屏，包括一基板，以及设置在基板背面的遮掩层、周边连线、外接端、感测电极及其延长部，其中感测电极设置在感测区域内，遮掩层、周边连线、外接端设置在周边区域内，遮掩层贴附在基板的内侧面，遮掩层的边缘具有一边缘斜坡，延长部跨过遮掩层的边缘斜坡，并在周边区域上与周边连线的端部重叠而构成电连接，延长部包括处于感测区域的延长部前段、处于遮掩层上的延长部后段和处于边缘斜坡上的延长部斜坡段，其特征是：所述延长部斜坡段的宽度大于1.15mm。

由于延长部斜坡段往往集中了整个延长部中份额较大的电阻，采用劣化系数d来表示延长部斜坡段的电阻率相对于平坦区域(延长部前段和延长部后段)的倍数，经多次实验，延长部斜坡段的电阻率一般为平坦区域(延长部前段和延长部后段)的3-20倍，因此，d一般具有3-20的取值范围。边缘斜坡的坡度角θ越大，则延长部斜坡段越薄，一般情况下，坡度角θ的最大值约为80°。考虑上述两种最劣化的情况，上述d和θ均取最大值，将延长部斜坡段的宽度设计为大于：20μm×20×(1/cos 80°)≈1.151mm，远比常规的10μm大。当整个线路出现静电导致的瞬间大电流时，流过延长部斜坡段的电流密度降低，从而减少了延长部斜坡段的发热量，并且将热量分摊在较宽的面积上，从而降低了延长部斜坡段受到烧毁形成断路的可能性，提高了这种单片式电容触摸屏的可靠性。

作为本发明的优选方案，其特征是：所述感测电极的面积小于5cm²，所述延长部斜坡段的宽度大于2mm。在所述感测电极的面积小于5cm²的情况下，将延长部斜坡段的宽度设置为大于2mm，按照当前透明导电材料(氧化铟锡)的导电特性、材料稳定性、及该面积的感测电极所收集的静电量，可以保证延长部斜坡段不会受到静电的破坏。

作为本发明的另一种优选方案，其特征是：所述感测电极的面积大于5cm²，延长部斜坡段的宽度大于4mm。在感测电极的面积大于5cm²的情况下，将斜坡段的宽度设置为大于4mm，按照当前透明导电材料(氧化铟锡)的导电特性、材料稳定性、及该面积的感测电极所收集的静电量，可以保证斜坡段不会受到静电的破坏。

作为本发明的优选方案，其特征是：在一段边缘斜坡上，多个延长部斜坡段及其之间的间隔能够覆盖该段边缘斜坡。这样，使得每个延长部斜坡段具有最大的宽度，能够分摊更多的热量，延长部斜坡段之间的间隔一般小于0.5mm。

作为本发明进一步的优选方案，其特征是：各个延长部斜坡段的宽度与相应的感测电极的面积成正比。在多个延长部斜坡段及其之间的间隔能够覆盖每个延长部斜坡段都能够完全覆盖某段边缘斜坡的情况下，各个延长部斜坡段的宽度与相应的感测电极的面积成正比，即是延长部所连接的感测电极的面积越大，则该延长部斜坡段的宽度越大，这样，在保证延长部斜坡段具有最大宽度的基础上，还可以保证在出现静电电流时，流过各个延长部斜坡段的电流密度一致，不会导致某些斜坡段上的电流密度过大而造成破坏。

作为本发明更进一步的优选方案，其特征是：所述延长部前段或延长部后段上还设有限流孔。当延长部的宽度较大时，通过在延长部前段或延长部后段上开设限流孔使其宽度减小，通过开设限流孔的方式使宽度减小，可以遏制整个线路上的静电电流，并使得通过该位置的电流密度更加均匀。

作为本发明更进一步的优选方案，其特征是：所述延长部还包括加长段，加长段设置在延长部前段或延长部后段上。通过设置加长段，增大延长部前段或延长部后段的长度，增大该段的电阻，从而使得整个延长部的电阻增大，使得在出现静电电流的情况下，电流受到遏制，进一步降低了斜坡段受到破坏的风险。

在其它具体方案中，还可以进一步减少延长部前段或延长部后段的宽度，增大延长部前段或延长部后段的电阻，从而使得整个延长部的电阻增大，在出现静电放电电流的情况下，电流受到遏制，进一步降低了斜坡段受到破坏的风险。

本发明对比现有技术具有如下优点：将延长部斜坡段的宽度设置为较大，当整个线路出现静电导致的瞬间大电流时，流过延长部斜坡段的电流密度降低，从而减少了延长部斜坡段的发热量，并且将热量分摊在较宽的面积上，从而降低了延长斜坡段受到烧毁形成断路的可能性，提高了这种单片式电容触摸屏的可靠性。

附图说明

图1是现有技术中电容触摸屏的示意图；

图2是现有技术中，感测电极的延长部各段示意图；

图3是现有技术中，两基板贴合的电容触摸屏的结构示意图，其表示延长部不需要跨过遮掩层的边缘斜坡；

图4是现有技术中，单片式电容触摸屏的结构示意图，其表示延长部需要跨过遮掩层的边缘斜坡；

图5是本发明实施例一的单片式电容触摸屏的示意图；

图6是图5中A部分的局部放大图；

图7是本发明实施例二的单片式电容触摸屏的示意图；

图8是图7中B部分的局部放大图；

图9是本发明实施例三的单片式电容触摸屏的示意图；

图10是图9中C部分的局部放大图；

图11是本发明实施例三另一种具体实施方式的示意图；

图12是本发明实施例四的单片式电容触摸屏的示意图；

图13是图12中D部分的局部放大图；

具体实施方式

下面结合附图和发明的优选实施方式做进一步的说明。

实施例一

如图5和图6所示，这种防静电单片式电容触摸屏(按键式)，包括一基板1，以及设置在基板1背面的遮掩层2、周边连线3、外接端4、感测电极5及其延长部6，其中感测电极5设置在感测区域7内，遮掩层2、周边连线3、外接端4设置在周边区域8内，遮掩层2贴附在基板1的内侧面，遮掩层2的边缘具有一边缘斜坡9。

感测电极5为多个透明导电膜形成的大小为1cm²的方块电极，其可以通过检测各自对地电容的变化来实现触摸感应。每个感测电极5的延长部6则为连出这些方块电极的细线，其跨过遮掩层2的边缘斜坡9，在周边区域8上与周边连线3的端部重叠而构成电连接，延长部6包括处于感测区域7的延长部前段10、处于遮掩层2上的延长部后段11，以及处于边缘斜坡9上的延长部斜坡段12，其中，延长部斜坡段12宽度为5mm，由于受到相邻方块电极间的间隙所限制，延长部前段10的宽度被设计为小于0.2mm，而为了减少非感测电极部分的电容，延长部后段11的宽度被设计为小于1mm。

由于感测电极5的面积为1cm²，将延长部斜坡段12的宽度设计为5mm，按照当前透明导电材料(氧化铟锡)的导电特性、材料稳定性、及该面积的感测电极5所收集的静电量，可以保证斜坡段不会受到静电的破坏。

进一步将延长部斜坡段12的长度小于1mm，因此，延长部斜坡段12的面积仅有5mm²，远远小于感测电极5的1cm²，不会导致对感测电极5的干扰。

实施例二

如图7和图8所示，这种防静电单片式电容触摸屏(楔形电极式)在其它情况与实施例一相同的情况下，其区别在于：

(1)、感测电极5为楔形电极，即是感测电极5分为沿着第一方向(Y方向)排列的多个电极行，每个电极行都有5mm以上的第一方向宽度，每一电极行由一个等腰三角形的第一电极501与左右两个直角三角形的第二电极502互补而成。当使用者的手指接触触摸屏表面时，该电极行给出了Y方向的坐标，而根据第一电极501与第二电极502的信号比例，则可以给出X方向的坐标，从而实现触控功能。由图7可以看出，第二电极502的面积只有第一电极501的一半。

(2)、第一电极501的第一延长部61交替地由左右两侧引出，而每行的第二电极502的第二延长部62则从各自的一侧引出，因此，每两个相邻电极行的一侧具有一个第一延长部61和两个第二延长部62。

(3)第一延长部61、第二延长部62各自跨过边缘斜坡9的第一延长部斜坡段6112、第二延长部斜坡段6212被设计为除了相邻之间的间隙之外，被加宽以至于覆盖所有的边缘斜坡9，并且，第一延长部斜坡段6112、第二延长部斜坡段6212的宽度比例为2∶1。因而，可以保证各个延长部斜坡段(第一延长部斜坡段6112、第二延长部斜坡段6212)具有最大的宽度，并且可以保证在出现静电电流时，各个延长部斜坡段(第一延长部斜坡段6112、第二延长部斜坡段6212)上的电流密度一致，不会导致某些延长部斜坡段(第一延长部斜坡段6112、第二延长部斜坡段6212)的电流密度过大而造成破坏。

进一步将延长部斜坡段(第一延长部斜坡段6112、第二延长部斜坡段6212)的长度设置为小于0.8mm，以降低其对感测信号的干扰。

实施例三

如图9和图10所示，这种防静电单片式电容触摸屏(单侧楔形电极)在其它情况与实施例一相同的情况下，其区别在于：

(1)感测电极5分为沿着第一方向(Y方向)排列的多个电极行，每个电极行都有5mm以上的第一方向宽度，每一电极行由两个直角三角形的第一电极511、第二电极512互补而成。当使用者的手指接触触摸屏表面时，该电极行给出了Y方向的坐标，而根据第一电极511与第二电极512的信号比例，则可以给出X方向的坐标，从而实现触控功能。由图9可以看出，第一电极511、第二电极512的面积相等。

(2)第一电极511、第二电极512的宽部直接延伸形成延长部6，也就是说，延长部6的宽度与感测电极5(第一电极511、第二电极512)最宽的一侧宽度相等，分别由左右两侧引出，其在边缘斜坡9上自然形成加宽的延长部斜坡段12。而且，每个感测电极5(第一电极511、第二电极512)的面积相等，其延长部斜坡段12的宽度也相等。

(3)在每个延长部前段10都设置有限流孔20，使其宽度减小，增大了该段的电阻，从而使得整个延长部6的电阻增大，通过限流孔20的方式使宽度减小，从而使得在出现静电电流的情况下，电流受到遏制，进一步降低了斜坡段受到破坏的风险，而且，可以使得通过该位置的电流密度更加均匀。

如图11所示，在本实施例的另一种具体方案中，延长部6还包括加长段69，加长段69设置在延长部前段10上。通过设置加长段69，增大延长部前段10的长度，增大该段的电阻，从而使得整个延长部6的电阻增大，使得在出现静电电流的情况下，电流受到遏制，进一步降低了斜坡段受到破坏的风险。

实施例四

在其它情况与实施例一相同的情况下，其区别在于：

(1)感测电极5由分别沿着X方向延伸的X电极521以及沿着Y方向延伸的Y电极522交叉而成的矩阵，每个电极都由菱形(边缘处为半菱形)的电极块串接而成。在每个X电极521和Y电极522的交叉点设置有跳线结构523。

(2)感测区域7的尺寸为10×6cm²，每个菱形电极块的对角线长度为4.8mm，可以算得X电极521的面积约为1.35cm²，Y电极522的面积约为2.14cm²。

(3)每个感测电极5(X电极521和Y电极522)的最两端电极块为半菱形，也就是说，每个感测电极5的最外侧边为菱形的对角线，具有4.8mm的宽度，将菱形的最外侧边向左侧或右侧延伸，形成具有同样宽度的电极延长部6，并自然形成跨过边缘斜坡9的延长部斜坡段11，延长部斜坡段11也具有4.8mm的宽度，满足当感测电极的面积小于5cm²时，延长部斜坡段11的宽度大于2mm的条件，按照当前透明导电材料(氧化铟锡)的导电特性、及该面积的感测电极5所收集的静电量，可以保证延长部斜坡段11不会受到静电的破坏。

(4)这种X电极521、Y电极522交叉而成的矩阵可以采用互电容的感测原理，其主要依靠X电极521、Y电极522相互构成的电容进行检测，因此，因此虽然上述延长部6以及延长部斜坡段11使得感测电极5边缘的面积增加了，但也不会影响到触摸的准确度。

(5)作为感测电极5的一部分，其底部连接5231、顶部连接5232一般宽度都较低，可以构成静电放电回路中的限流电阻，因此没有必要在延长部的前段或后段设置限流孔。

Claims

1.一种防静电单片式电容触摸屏，包括一基板，以及设置在基板背面的遮掩层、周边连线、外接端、感测电极及其延长部，其中感测电极设置在感测区域内，遮掩层、周边连线、外接端设置在周边区域内，遮掩层贴附在基板的内侧面，遮掩层的边缘具有一边缘斜坡，延长部跨过遮掩层的边缘斜坡，并在周边区域上与周边连线的端部重叠而构成电连接，延长部包括处于感测区域的延长部前段、处于遮掩层上的延长部后段和处于边缘斜坡上的延长部斜坡段，其特征是：所述延长部斜坡段的宽度大于1.15mm; 在一段边缘斜坡上，多个延长部斜坡段及其之间的间隔能够覆盖该段边缘斜坡。

2.如权利要求1所述的防静电单片式电容触摸屏，其特征是：所述感测电极的面积小于 5cm²，所述延长部斜坡段的宽度大于2mm。

3.如权利要求1所述的防静电单片式电容触摸屏，其特征是：所述感测电极的面积大于 5cm²，延长部斜坡段的宽度大于4mm。

4.如权利要求1-3任一项所述的防静电单片式电容触摸屏，其特征是：各个延长部斜坡段的宽度与相应的感测电极的面积成正比。

5.如权利要求1-3任一项所述的防静电单片式电容触摸屏，其特征是：所述延长部前段或延长部后段上还设有限流孔。

6.如权利要求1-3任一项所述的防静电单片式电容触摸屏，其特征是：所述延长部还包括加长段，加长段设置在延长部前段或延长部后段上。